流体力学的原理在煤矿通风系统中的应用

2011-06-13 08:18:14王飞

科学之友 2011年8期

王飞

（山西太原东山煤矿有限责任公司，山西太原 030043）

1 引言

由于煤矿工作场合的特殊性，需要对井下各工作地点创造良好的通风环境，有足够的新鲜空气，使其中有毒、有害、有爆炸性的气体、粉尘不超过规定值，使气温适宜。煤矿井下巷道风流运动过程中，由于巷道两帮条件的变化，均匀流在局部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化、风流分叉与交汇、巷道转弯等）的影响而破坏，引起风流流速的大小、方向或分布的变化，产生涡漩等，造成风流的能量损失，同时又有可能引起瓦斯等有害气体的积聚，从而给安全带来隐患。

2 风流流动状态

风流在同一巷道中，因流速的不同，形成质不同的流动状态。通过实验表明，流体在直巷内流动时，在一般情况下，当Re≤2000～2300时，流体状态为层流，当Re＞4000时，流动状态为紊流，在Re=2000～4000的区域内，可能是层流，也可能是紊流，随着巷道的粗糙程度，风流根据进入巷道的情况等外部条件而定。而层流流动时，只存在由黏性引起的各流层间的滑动摩擦力；紊流流动时，则有大小不同的涡体动荡于各流层之间，除了黏性阻力外，还存在由于质点掺混、互相碰撞所造成的惯性阻力。

巷道风流流态与巷道平均风速、断面及巷道周界长有关，具体表示为：

Re=4 vS/Uυ

式中：S：井巷断面 m2；

U：井巷周界长 U≈c S1/2，m；

v：井巷平均风速，m/s；

υ：空气的运动黏性系数，通常取15×10-6m2/s；

c：断面形状系数；

梯形断面，c=4.16；

半圆拱断面，c=3.90。

根据此公式可以计算出风流在巷道中的流动状态。